JP2006084163A - 循環流動層燃焼炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 下部耐火材の上面近辺における蒸発管の摩耗深さを低減させることができ、かつ製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる循環流動層燃焼炉を提供することを目的とする。
【解決手段】 炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管２５が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管２５の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁２０が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉１において、前記下部内壁２０の上端の肩部２０ａに下方に向かって、複数個の切欠部２０ｂが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、循環流動層燃焼炉に関し、特に炉壁内面に露出する複数本の蒸発管が上下方向に沿って配置されるとともに炉壁内面の下部に蒸発管を被覆する下部耐火材が設けられていて、かつ、流動材の粒子が前記壁面に沿って降下するように構成された循環流動層燃焼炉に関するものである。

このような循環流動層燃焼炉としては、下部耐火材の上面近辺における蒸発管の摩耗深さを低減可能にしたものが知られている（たとえば、特許文献１，２参照）。
特開２００１−１６５４０９号公報 実開平６−４６１０４号公報

これら特許文献に開示された循環流動層燃焼炉では、下部耐火材の上面近辺における蒸発管を折り曲げることにより、蒸発管の摩耗深さを低減させるようにしている。
しかしながら、元々真っ直ぐに製作された蒸発管を、このように途中で折り曲げることは製作上非常に難しく、製造コストが嵩んでしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、下部耐火材の上面近辺における蒸発管の摩耗深さを低減させることができ、かつ製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる循環流動層燃焼炉を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の循環流動層燃焼炉は、炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉において、前記下部内壁の上端の肩部に下方に向かって、複数個の切欠部が設けられていることを特徴とする。
このような循環流動層燃焼炉によれば、流動材の粒子がこれら切欠部から下方に向かって流れていくようになり、流動材全体の流れの方向が蒸発管の表面に対して略平行な方向となる。それにより、流動材の粒子が蒸発管の表面に高い衝突角度を持って衝突することを防止することができて、蒸発管の摩耗を抑制することができる。
また、蒸発管を加工する（曲げる）必要がないので、製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる。

請求項２に記載の循環流動層燃焼炉は、前記切欠部が、隣り合う蒸発管と蒸発管との間に設けられていることを特徴とする。
このような循環流動層燃焼炉によれば、蒸発管と蒸発管との間、すなわち、蒸発管の側方における流動材全体の流れの方向が蒸発管の表面に対して略平行な方向となる。

請求項３に記載の循環流動層燃焼炉は、炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉において、前記蒸発管の前記炉壁内面側の表面を被覆し、各蒸発管を部分的に炉内に露出させる遮蔽板が設けられていることを特徴とする。
このような循環流動層燃焼炉によれば、各蒸発管の炉壁内面側の一部だけが炉内に露出し、その他の部分は遮蔽板により覆い隠されることとなる。すなわち、各蒸発管の両側方は遮蔽板により覆い隠されることとなるので、流動材の粒子が蒸発管の側方に衝突するのを防止することができる。

請求項４に記載の循環流動層燃焼炉は、前記遮蔽板により、各蒸発管の周方向において、各蒸発管の約六分の一の表面だけが、炉内に露出するように構成されていることを特徴とする。
このような循環流動層燃焼炉によれば、各蒸発管の周方向において、各蒸発管の約六分の一の表面だけが炉内に露出し、その他の部分は遮蔽板により覆い隠されることとなる。すなわち、各蒸発管の両側方は遮蔽板により覆い隠されることとなるので、流動材の粒子が蒸発管の側方に衝突するのを防止することができる。

請求項５に記載の循環流動層燃焼炉は、炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉において、前記蒸発管の炉内に露出する表面に、複数枚のフィンが設けられていることを特徴する。
このような循環流動層燃焼炉によれば、複数枚のフィンにより伝熱面積が増加し、伝熱効率が向上する。

請求項６に記載の循環流動層燃焼炉は、前記フィンが、前記蒸発管の延びる方向に沿って設けられていることを特徴とする。
このような循環流動層燃焼炉によれば、流動材の粒子が蒸発管の表面を蒸発管の延びる方向と直行する方向に移動する移動速度が減少するとともに、単位時間あたりに蒸発管の表面を蒸発管の延びる方向と直行する方向に移動する流動材の粒子数が減少することとなるので、流動材の粒子による蒸発管の摩耗を低減させることができる。

請求項７に記載の循環流動層燃焼炉は、前記フィンが、前記蒸発管の延びる方向と直交する方向に沿って設けられていることを特徴とする。
このような循環流動層燃焼炉によれば、蒸発管の表面近傍を降下する流動材の粒子がフィンの上面側に堆積するようになっている。これにより、下部内壁の上面近辺における流動材の、蒸発管の延びる方向と直行する方向に移動する移動速度が減少するとともに、単位時間あたりに蒸発管の表面を蒸発管の延びる方向と直行する方向に移動する流動材の粒子数が減少することとなるので、流動材の粒子による蒸発管の摩耗を低減させることができる。

請求項８に記載の循環流動層燃焼炉は、炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉において、前記蒸発管の側面に、前記炉壁内面から突出するとともに前記蒸発管の延びる方向に沿って遮蔽板が設けられていることを特徴する。
このような循環流動層燃焼炉によれば、各蒸発管の側方が遮蔽板により覆い隠されることとなるので、流動材の粒子が蒸発管の側方に衝突するのを防止することができる。

請求項９に記載の循環流動層燃焼炉は、前記遮蔽板の上面が、炉壁内面から炉内に向かって、水平面に対して４０°以上の角度で下降していることを特徴とする。
流動材の粒子の安息角は３０°〜４０°であるため、このような循環流動層燃焼炉によれば、流動材の粒子が遮蔽板を乗り越えて蒸発管の側方に流れ込んでくることを確実に防止することができ、流動材の粒子が蒸発管の側方に衝突するのを確実に防止することができる。
また、遮蔽板の上面と水平面とのなす角が流動材の粒子の安息角を超えているので、遮蔽板の上面に流動材の粒子が堆積することがなく、流動材の粒子が蒸発管の側方に衝突するのを防止することができる。
遮蔽板としては、下部内壁上端の段部から上方に立ち上がる三角形状に形成されていることが好ましい。

請求項１０に記載の循環流動層燃焼炉は、前記遮蔽板の上面が、蒸発管の側面から隣接する蒸発管の側面に向かって、傾斜していることを特徴とする。
このような循環流動層燃焼炉によれば、遮蔽板の上面に流動材の粒子が堆積することがなく、流動材の粒子が蒸発管の側方に衝突するのを防止することができる。

請求項１１に記載の循環型流動層ボイラは、請求項１から１０のいずれか一項に記載の循環流動層燃焼炉を具備してなることを特徴とする。
このような循環型流動層ボイラによれば、蒸発管の摩耗深さを低減可能にした循環流動層燃焼炉が具備されているので、循環流動層燃焼炉の補修作業を大幅に減らすことができて、ボイラ稼働率を大幅に向上させることができる。

本発明によれば、下部耐火材の上面近辺における蒸発管の摩耗深さを低減させることができ、かつ製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明による循環流動層燃焼炉の第１実施形態を、循環型流動層ボイラに適用した例を説明する。
図７は本実施形態に係る循環流動層燃焼炉１を具備した循環型流動層ボイラ１００の概略構成図である。

図７に示すように、循環流動層燃焼炉１００は、塔状の循環流動層燃焼炉１と、この循環流動層燃焼炉１に隣接された外部熱交換器２と、この外部熱交換器２の上部に配置され、循環流動層燃焼炉１と太い連結管３で繋がり、かつ外部熱交換器２の隔壁４で区画されたホットリサイクル５に下方に延びる導管６を挿入したサイクロン７と、このサイクロン７の上部と繋がる図示しない蒸発部とを主たる要素として構成されている。

循環流動層燃焼炉１は、上部に内径が太い大径部８を、下部に内径が細い小径部９をテーパー部１０を介して接続して形成されている。そして、細径部９の途中から下方の領域がデンスベッド領域Ａとされ、その上方がフリーボード領域Ｂとされている。
デンスベッド領域Ａには、デンスベッド材が収容されてデンスベッド１１が形成され、このデンスベッド１１には固体燃料としての石炭１２が燃料供給管１３から、また、硫黄捕獲の目的で石灰石１４が供給管１５からそれぞれ投入されるようになっている。そして、一次空気系１６から流動化空気となる一次空気１７が供給されるようになっている。符号１８は二次空気系で、この二次空気系１８から二次空気１９が供給され完全な燃焼が行われるようになっている。

図８は図７に示す循環流動層燃焼炉１の一部断面図である。
図８に示すように、循環流動層燃焼炉１は、通常下部内壁２０が耐火材で形成されるとともに、その上部内壁（壁面）２１の少なくとも一部は蒸発管壁２２として形成されている。すなわち、この蒸発管壁２２は上部ヘッダー２３と下部ヘッダー２４との間に、上下方向に延びて、図１に示すように、複数本の真っ直ぐな蒸発管２５を所定の間隔ｄを置いて配置し、その各蒸発管２５間をメンブレンウォール２６で連結して構成されている。この蒸発管壁２２の内面は循環流動層燃焼炉１内に露出しているが、外側は耐火材よりなる外壁２７で被覆されている。
また、下部内壁２０の上端部、すなわち、耐火材で構成された下部内壁２０と、上部内壁２１を構成する蒸発管壁２２との接合部には、その上面が水平面とされた段部（あるいは肩部）２０ａが形成されている。

図１は図８のＩ−Ｉ矢視断面図であり、循環流動層燃焼炉１の一角部（コーナ部）を示す図である。
図１に示すように、本実施形態における循環流動層燃焼炉１の下部内壁２０には、切欠部２０ｂが設けられている。
切欠部２０ｂは、蒸発管２５と蒸発管２５との間に、すなわち、メンブレンウォール２６と対抗する位置にそれぞれ一つずつ、下部内壁２０の段部２０ａから下方に向かうとともに、下部内壁２０の延びる方向（図において上下方向）に沿って形成されている。なお、角部の屈曲した位置（角部の端）における切欠部２０ｂは、３本の蒸発管２５と、これら蒸発管２５を連結する２つのメンブレンウォール２６とで囲まれた部分に形成されている。

下部内壁２０にこのような切欠部２０ｂを設けることにより、図中に実線矢印で示すように、流動材の粒子がこれら切欠部２０ｂから下方に向かって流れていくようになり、流動材全体の流れの方向が蒸発管２５の表面に対して略平行な方向となる（すなわち、流動材全体が蒸発管２５の延びる方向（図において上下方向）に流れるようになる）。それにより、流動材の粒子が蒸発管２５の表面に高い衝突角度を持って衝突することを防止することができて、蒸発管２５の摩耗を抑制することができる。
また、蒸発管２５を加工する（曲げる）必要がないので、製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる。
なお、切欠部２０ｂは、下部内壁２０を製作する際に一体に（一緒に）形成させることができる。すなわち、下部内壁２０を一旦製作した後に、別途下部内壁２０に切欠部２０ｂを形成させるといった工程を必要としない（省略することができる）ので、切欠部２０ｂは、下部内壁２０の製作費を高騰させたり、製作工程の増加を伴ったりすることなく形成させることができる。

本発明による循環流動層燃焼炉の第２実施形態を、図２を用いて説明する。
本実施形態における循環流動層燃焼炉２０１は、切欠部２０ｂの代わりに遮蔽板２０２が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図２に示すように、本実施形態では、蒸発管壁２２の前面側（循環流動層燃焼炉２０１の内壁面側）に、遮蔽板２０２が設けられている。
この遮蔽板２０２は、蒸発管２５と蒸発管２５とを連結するメンブレンウォール２６に平行となるように配置された板状部材であり、蒸発管２５の前面側の一部のみが循環流動層燃焼炉１内に露出するように構成されたものである。すなわち、遮蔽板２０２は、各蒸発管２５の周方向において、各蒸発管２５の約六分の一（α＝約６０゜）の表面だけが、循環流動層燃焼炉１内に露出するように蒸発管壁２２の前面側を覆うものである。

蒸発管壁２２の前面側にこのような遮蔽板２０２を設けることにより、蒸発管２５の表面のうち、特に流動材の粒子による摩耗が顕著に発生する部分（蒸発管２５の側面、すなわち、循環流動層燃焼炉２０１の角部と対向する面）を覆い隠すことができる。したがって、蒸発管２５の表面のうち、特に流動材の粒子による摩耗が顕著に発生する部分の摩耗を防止することができる。
また、蒸発管２５を加工する（曲げる）必要がないので、製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる。

本発明による循環流動層燃焼炉の第３実施形態を、図３を用いて説明する。
本実施形態における循環流動層燃焼炉３０１は、切欠部２０ｂの代わりにフィン３０２が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図３に示すように、本実施形態では、各蒸発管２５の前面側（循環流動層燃焼炉３０１の内壁面側）にそれぞれ、複数枚（本実施形態では４枚）のフィン３０２が設けられている。
各蒸発管２５に設けられた複数枚のフィン３０２は、対応する蒸発管２５に対して放射状に設けられた板状部材であり、蒸発管２５の延びる方向に沿って設けられている。

各蒸発管２５の前面側にこのようなフィン３０２を設けることにより、流動材の粒子が蒸発管２５の表面を蒸発管２５の延びる方向と直行する方向に移動する移動速度が減少するとともに、単位時間あたりに蒸発管２５の表面を蒸発管２５の延びる方向と直行する方向に移動する流動材の粒子数が減少することとなるので、流動材の粒子による蒸発管２５の摩耗を低減させることができる。
また、蒸発管２５を加工する（曲げる）必要がないので、製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる。
さらに、フィン３０２により伝熱面積が増加されることとなるので、伝熱効率を向上させることができる。

本発明による循環流動層燃焼炉の第４実施形態を、図４を用いて説明する。
本実施形態における循環流動層燃焼炉４０１は、フィン３０２の代わりにフィン４０２が設けられているという点で前述した第３実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態では、各蒸発管２５の前面側（循環流動層燃焼炉４０１の内壁面側）にそれぞれ、複数枚のフィン４０２が設けられている。
各蒸発管２５に設けられた複数枚のフィン４０２は、蒸発管２５の延びる方向と直交する方向に半円状に設けられた板状部材である。

各蒸発管２５の前面側にこのようなフィン４０２を設けることにより、蒸発管２５の表面近傍を降下する流動材の粒子（図において実線矢印で示す）がフィン４０２の上面側に、図中において符号Ｐで示すように堆積するようになっている。これにより、下部内壁２０の上面近辺（すなわち、段部２０ａの上方近傍）における流動材の、蒸発管２５の延びる方向と直行する方向に移動する移動速度が減少するとともに、単位時間あたりに蒸発管２５の表面を蒸発管２５の延びる方向と直行する方向に移動する流動材の粒子数が減少することとなるので、流動材の粒子による蒸発管２５の摩耗を低減させることができる。
また、蒸発管２５を加工する（曲げる）必要がないので、製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる。
さらに、フィン４０２により伝熱面積が増加されることとなるので、伝熱効率を向上させることができる。

本発明による循環流動層燃焼炉の第５実施形態を、図５および図６を用いて説明する。
本実施形態における循環流動層燃焼炉５０１は、遮蔽板２０２の代わりに遮蔽板５０２が設けられているという点で前述した第２実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図５に示すように、本実施形態では、蒸発管壁２２の前面側（循環流動層燃焼炉５０１の内壁面側）に、遮蔽板５０２が設けられている。
この遮蔽板５０２は、蒸発管２５の、循環流動層燃焼炉５０１の角部の端に近い方の側面に、メンブレンウォール２６と直交する方向に配置された、側面視三角形（図６（ａ）参照）を有するとともに、正面視三角形（図６（ｂ）参照）を有する板状部材である。
図６（ａ）において符号βは遮蔽板５０２の上面と水平面とがなす傾斜角であり、本実施形態では４０°以上に設定されている。

蒸発管壁２２の前面側にこのような遮蔽板５０２を設けることにより、蒸発管２５の表面のうち、特に流動材の粒子による摩耗が顕著に発生する部分（蒸発管２５の側面、特に、循環流動層燃焼炉５０１の角部の端により近い側の面）を覆い隠すことができる。したがって、蒸発管２５の表面のうち、特に流動材の粒子による摩耗が顕著に発生する部分の摩耗を防止することができる。
また、蒸発管２５を加工する（曲げる）必要がないので、製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる。
さらに、図６（ｂ）に示すように、遮蔽板５０２は、その正面視形状が三角形を有するように形成されているので、遮蔽板５０２の上に流動材の粒子が堆積するようなことがなく、流動材の粒子による蒸発管２５の局部摩耗を防止することができる。

なお、上述した実施形態における切欠部２０ｂ、遮蔽板２０２、フィン３０２、フィン４０２、遮蔽板５０２はいずれも、蒸発管壁２２の前面側すべてにわたって設けられている必要はなく、例えば、各角部の端から数えて３〜１０番目の蒸発管２５が位置する所まで設けられていれば十分である。これにより、製造費および製造工程を大幅に削減することができる。

また、図４に示したフィン４０２は、その外径がすべて同じになるように形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、下方に行くにしたがって漸次拡径するように形成させることもできる。
さらに、図４に示したフィン４０２は、その外周面が蒸発管２５の表面と同一平面上に位置するように形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その内周端が蒸発管２５の表面と同一平面上に位置するように形成されていてもよい。

さらにまた、遮蔽板２０２、フィン３０２、フィン４０２、遮蔽板５０２は、蒸発管２５と同じ材質（例えば、スチール）で作られていることが望ましい。

本発明による循環流動層燃焼炉の第１実施形態を示す図であって、図８のＩ−Ｉ矢視断面図である。 本発明による循環流動層燃焼炉の第２実施形態を示す図であって、図１と同様の要部拡大断面図である。 本発明による循環流動層燃焼炉の第３実施形態を示す図であって、図１と同様の要部拡大断面図である。 本発明による循環流動層燃焼炉の第４実施形態を示す要部拡大図である。 本発明による循環流動層燃焼炉の第５実施形態を示す図であって、図１と同様の要部拡大断面図である。 本発明による循環流動層燃焼炉の第５実施形態を示す図であって、（ａ）は図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図、（ｂ）は（ａ）を紙面において右から見た正面図である。 本発明による循環流動層燃焼炉の第１実施形態を具備した循環型流動層ボイラの概略構成図である。 図７に示す循環流動層燃焼炉の一部断面図である。

符号の説明

１ 循環流動層燃焼炉
２５ 蒸発管
２０ 下部内壁
２１ 上部内壁（壁面）
２０ｂ 切欠部
１００ 循環型流動層ボイラ
２０１ 循環流動層燃焼炉
２０２ 遮蔽板
３０１ 循環流動層燃焼炉
３０２ フィン
４０１ 循環流動層燃焼炉
４０２ フィン
５０１ 循環流動層燃焼炉
５０２ 遮蔽板

Claims (11)

1. 炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉において、
   前記下部内壁の上端の肩部に下方に向かって、複数個の切欠部が設けられていることを特徴とする循環流動層燃焼炉。
2. 前記切欠部が、隣り合う蒸発管と蒸発管との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の循環流動層燃焼炉。
3. 炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉において、
   前記蒸発管の前記炉壁内面側の表面を被覆し、各蒸発管を部分的に炉内に露出させる遮蔽板が設けられていることを特徴とする循環流動層燃焼炉。
4. 前記遮蔽板により、各蒸発管の周方向において、各蒸発管の約六分の一の表面だけが、炉内に露出するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の循環流動層燃焼炉。
5. 炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉において、
   前記蒸発管の炉内に露出する表面に、複数枚のフィンが設けられていることを特徴する循環流動層燃焼炉。
6. 前記フィンが、前記蒸発管の延びる方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項５に記載の循環流動層燃焼炉。
7. 前記フィンが、前記蒸発管の延びる方向と直交する方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項５に記載の循環流動層燃焼炉。
8. 炉壁内面から炉内に露出する複数本の真っ直ぐな蒸発管が上下方向に配置されるとともに、該蒸発管の下部を被覆する耐火材からなる下部内壁が設けられ、流動材の粒子が前記炉壁内面に沿って降下するように構成されている循環流動層燃焼炉において、
   前記蒸発管の側面に、前記炉壁内面から突出するとともに前記蒸発管の延びる方向に沿って遮蔽板が設けられていることを特徴する循環流動層燃焼炉。
9. 前記遮蔽板の上面が、炉壁内面から炉内に向かって、水平面に対して４０°以上の角度で下降していることを特徴とする請求項８に記載の循環流動層燃焼炉。
10. 前記遮蔽板の上面が、蒸発管の側面から隣接する蒸発管の側面に向かって、傾斜していることを特徴とする請求項８または９に記載の循環流動層燃焼炉。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の循環流動層燃焼炉を具備してなることを特徴とする循環型流動層ボイラ。

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